LABORATORIUM Ceramika Narzdziowa

Transkrypt

1 LABORATORIUM Ceramika Narzdziowa ANALIZA WYBRANYCH UKŁADÓW RÓWNOWAGI FAZOWEJ...2 IDENTYFIKACJA WYBRANYCH CERAMICZNYCH I KOMPOZYTOWYCH MATERIAŁÓW NARZDZIOWYCH SKRAWAJCYCH...4 BADANIA STRUKTURALNE, ILOCIOWA ANALIZA MIKROSTRUKTURY NARZDZIOWYCH MATERIAŁÓW CERAMICZNYCH...7 POMIAR TWARDOCI I ODPORNOCI NA KRUCHE PKANIE WYBRANYCH CERAMICZNYCH MATERIAŁÓW NARZDZIOWYCH PRZEZNACZONYCH NA OSTRZA SKRAWAJCE...10 CHARAKTERYSTYKA ZIAREN CIERNYCH WYBRANYCH CERAMICZNYCH MATERIAŁÓW CIERNYCH...17 NARZDZIA CIERNE: SPOJONE I NASYPOWE...19 Opracowała: dr in. Aneta Szewczyk Nykiel Kraków 2004

2 LABORATORIUM Ceramika Narzdziowa wiczenie 1 ANALIZA WYBRANYCH UKŁ ADÓW RÓWNOWAGI FAZOWEJ Cel wiczenia Zapoznanie si z podwójnymi i pseudopodwójnymi układami równowagi fazowej, w obrbie których wytwarzane s ceramiczne materiały narzdziowe oraz materiały narzdziowe na osnowie fazy wicej (wgliki spiekane i cermetale narzdziowe). Zakres wymaganych wiadomoci Materiały i urzdzenia Przebieg wiczenia Wytyczne do opracowania sprawozdania Ceramiczne materiały narzdziowe ogólna charakterystyka, zastosowanie. Materiały narzdziowe na osnowie fazy wicej: wgliki spiekane i cermetale narzdziowe zastosowanie. Wpływ tlenkowych dodatków technologicznych oraz dodatków modyfikujcych na przebieg procesu spiekania i właciwoci uytkowe spieków Al 2 O 3. Interpretacja jednoskładnikowych (zakresy trwałoci odmian polimorficznych SiO 2, Al 2 O 3, ZrO 2, TiO 2 ) i dwuskładnikowych układów równowagi fazowej. Zestawy układów równowagi fazowej. 1. Zapozna si z otrzymanym zestawem wybranych podwójnych i pseudopodwójnych układów równowagi fazowej. Kady zestaw zawiera 3 układy równowagi fazowej, po jednym z kadej z nastpujcych grup: a) tlenek glinu (Al 2 O 3 ) - wybrany tlenek, b) tlenek tlenek, c) wgiel, azot metal przejciowy (wyjtek stanowi bor i krzem). 2. Przeprowadzi analiz kadego z otrzymanych układów. 3. Opisa otrzymane układy. 4. Na podstawie analizy układów: a) okreli fazy i ewentualne eutektyki wystpujce w obrbie danego układu, b) poda temperatury topnienia poszczególnych faz i eutektyk. Dodatkowo dla układu Al 2 O 3 - wybrany tlenek: a) okreli przyblione temperatury spiekania dla nastpujcych składów chemicznych: Al 2 O % oraz Al 2 O % udziału wybranego tlenku, b) przedstawi przypuszczalny wpływ dodatku tego tlenku na przebieg procesu spiekania i własnoci spieku Al 2 O Przedstawi przykłady zastosowania materiałów opartych na otrzymanych podwójnych i pseudopodwójnych układach równowagi fazowej. 6. Wymieni inne układy podwójne i pseudopodwójne, w obrbie których wytwarzane s narzdzia ceramiczne, cermetale narzdziowe czy te materiały kompozytowe i supertwarde. Poda przykłady ich zastosowania. Sprawozdanie powinno zawiera: 1. opisane podwójne i pseudopodwójne układy równowagi fazowej, 2. odpowiedzi na punkty 4 6 zawarte w czci Przebieg wiczenia. 2

3 Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: Ceramika narzdziowa, Tworzywa ceramiczne i kompozyty T. Gibas: Korund i jego zastosowanie w technice T. Gibas: Spieki ceramiczne i cermetale S. Stolarz: Wysokotopliwe zwizki i fazy 3

4 LABORATORIUM Ceramika Narzdziowa wiczenie 2 IDENTYFIKACJA WYBRANYCH CERAMICZNYCH I KOMPOZYTOWYCH MATERIAŁ ÓW NARZDZIOWYCH SKRAWAJCYCH Cel wiczenia Opanowanie umiejtnoci okrelania rodzaju wybranych niemetalowych materiałów narzdziowych z punktu widzenia cech zewntrznych i właciwoci fizycznych tworzywa. Zapoznanie si z metod pomiaru gstoci pozornej materiałów ceramicznych. Zakres wymaganych wiadomoci Materiały i urzdzenia Materiały narzdziowe na osnowie fazy wicej: wgliki spiekane i cermetale narzdziowe ogólna charakterystyka, właciwoci, zastosowanie. Ceramiczne materiały narzdziowe ogólna charakterystyka, właciwoci, zastosowanie. Wpływ dodatków technologicznych i modyfikujcych na przebieg procesu spiekania i właciwoci uytkowe spieków Al 2 O 3. Rodzaje powłok przeciwzuyciowych nanoszonych na podłoe z wglików spiekanych oraz cermetali narzdziowych. Metodyka bada właciwoci fizycznych ceramicznych materiałów narzdziowych. Zestaw płytek narzdziowych składajcy si z dwóch grup: a) płytki narzdziowe nie powlekane ceramiczne, z wglików spiekanych i cermetali narzdziowych, b) płytki narzdziowe z wglików spiekanych i cermetali narzdziowych z powłokami przeciwzuyciowymi. Rodzaje próbek udostpnionych do zaj laboratoryjnych: Al 2 O 3 Al 2 O 3 + ZrO 2 Al 2 O 3 + Cr 2 O 3 Al 2 O 3 + CoO Al 2 O 3 + MgO Al 2 O 3 + TiC Al 2 O 3 + TiC + TiN Al 2 O 3 + TiC + TiN + ZrO 2 B 4 C SiC Si 3 N 4 + dodatki ułatwiajce spiekanie wgliki spiekane, cermetale narzdziowe TiC + TiN + Mo 2 C + Ni, wgliki spiekane, cermetale narzdziowe z powłokami: TiN, TiC, Ti(C,N), Al 2 O 3, materiały supertwarde: Cd + Ti, cbn TiC, Elektroniczna waga analityczna z zestawem do pomiaru gstoci na powietrzu i w wodzie z dokładnoci waenia do 0,001 g. Termometr z podziałk 0,5 C. Tabela gstoci wody (w zalenoci od temperatury pomiaru). Tablice, katalogi firmowe producentów narzdzi skrawajcych. Przebieg wiczenia 1. Przeprowadzi wizualn obserwacj wszystkich otrzymanych płytek narzdziowych, biorc pod uwag ich zabarwienie, faktur. Wyniki obserwacji 4

5 zamieci w tabeli. Lp. (numer płytki) Zabarwienie Faktura Kształt (ewentualnie szkic) 2. Dla pierwszej grupy płytek narzdziowych (niepowlekanych) wyznaczy gsto pozorn z zastosowaniem metody hydrostatycznej. W tym celu naley zway na wadze analitycznej z dokładnoci do 0,001 g otrzymujemy warto m S. Przed kadym pomiarem naley zwraca uwag, na to aby waga była wytarowana. Nastpnie próbk trzeba zway w wodzie destylowanej o znanej temperaturze. W tym celu próbk naley umieci w koszyczku zanurzonym w wodzie. Way z dokładnoci do 0,001 g. Uzyskujemy w ten sposób warto m W. Podczas pomiaru naley kontrolowa temperatur wody. Nastpnie naley próbk wyj z wody i po usuniciu nadmiaru wody z jej powierzchni niezwłocznie zway. Oznaczamy w ten sposób warto masy m N. Gsto pozorn materiału próbki obliczy według wzoru. ms dw dv = mn mw gdzie: d W - gsto wody w temperaturze pomiaru. Po dokonaniu odczytu temperatury wody, na podstawie tabeli okreli gsto wody. Wyniki pomiarów gstoci pozornej zestawi w tabeli. Lp. (numer płytki) m S [g] m N [g] m W [g] d W [g/cm 3 ] d V [g/cm 3 ] Wytyczne do 3. Posługujc si danymi zamieszczonymi w dostpnych na zajciach tablicach, katalogach firmowych producentów narzdzi skrawajcych, zidentyfikowa otrzymane materiały narzdziowe i przyporzdkowa je do okrelonej grupy materiałów narzdziowych na podstawie ich gstoci. Dodatkowo naley uwzgldni zabarwienie płytek narzdziowych. 4. Na podstawie ogólnych zasad systemu oznaczania materiałów i płytek narzdziowych skrawajcych przeprowadzi prób oznaczenia otrzymanych zidentyfikowanych materiałów narzdziowych. 5. Poda zakres zastosowa zidentyfikowanych gatunków materiałów narzdziowych, posługujc si wykresami i danymi zamieszczonymi w katalogach firmowych oraz notatkami z wykładów. 6. Po dokonaniu wizualnej obserwacji płytek narzdziowych z wglików spiekanych i cermetali narzdziowych powlekanych powłokami przeciwzuyciowymi w przyblieniu okreli rodzaj powłoki. W tym celu naley skorzysta m.in. z katalogów firmowych producentów narzdzi skrawajcych, notatek z wykładów. Nastpnie okreli wpływ rodzaju powłoki przeciwzuyciowej na właciwoci uytkowe oraz zakres zastosowania materiałów narzdziowych (stanowicych podłoe dla tej powłoki). 7. Dla wskazanej przez prowadzcego zajcia płytki przedstawi przypuszczalny proces technologiczny wytwarzania (po wczeniejszym jej zidentyfikowaniu i oznaczeniu). Sprawozdanie powinno zawiera: 5

6 opracowania sprawozdania 1. numer otrzymanego zestawu płytek narzdziowych, 2. dla kadej płytki narzdziowej niepowlekanej - opis kształtu (ewentualnie szkic), zabarwienia, faktury oraz wyniki pomiaru gstoci pozornej materiału płytki (tabela), 3. dla kadej płytki narzdziowej niepowlekanej odpowiedzi na punkty 3 5 zawarte w czci Przebieg wiczenia, 4. dla kadej płytki narzdziowej powlekanej - rodzaj powłoki przeciwzuyciowej, wpływ rodzaju powłoki na właciwoci uytkowe oraz zakres zastosowania materiałów narzdziowych, 5. dla wskazanej płytki narzdziowej proces technologiczny wytwarzania (np. w formie schematu przedstawiajcego przebieg procesu wytwarzania). Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: Ceramika narzdziowa, Tworzywa ceramiczne i kompozyty T. Gibas: Korund i jego zastosowanie w technice T. Gibas: Spieki ceramiczne i cermetale R. Pampuch: Budowa i właciwoci materiałów ceramicznych L. Przybylski: Współczesne ceramiczne materiały narzdziowe M. Wysiecki: Nowoczesne materiały narzdziowe 6

7 LABORATORIUM Ceramika Narzdziowa wiczenie 3 BADANIA STRUKTURALNE, ILOCIOWA ANALIZA MIKROSTRUKTURY NARZDZIOWYCH MATERIAŁ ÓW CERAMICZNYCH Cel wiczenia Zapoznanie si ze sposobem opisu mikrostruktury ceramicznych materiałów narzdziowych, cermetali narzdziowych oraz wglików spiekanych. Zapoznanie si z metodami pomiaru parametrów charakteryzujcych mikrostruktur materiałów ceramicznych na przykładzie wielkoci ziaren. Oznaczenie wielkoci ziaren w wybranych materiałach ceramicznych. Zakres wymaganych wiadomoci Materiały i urzdzenia Przebieg wiczenia Materiały narzdziowe na osnowie fazy wicej, ceramiczne materiały narzdziowe ogólna charakterystyka. Ceramografia materiałów ceramicznych (w stanie nietrawionym i po wytrawieniu). Podstawowe parametry ilociowego opisu mikrostruktury materiałów ceramicznych. Metody oceny porowatoci i ziarnistoci. Wady cigłoci. Technika przygotowania zgładów. Fotografie mikrostruktury wykonane ze zgładów wybranych ceramicznych i cermetowych materiałów narzdziowych: w stanie nietrawionym i po wytrawieniu. Linijka, papier milimetrowy, kwadraty pomiarowe. 1. Na podstawie fotografii zgładów oceni jednorodno materiału pod wzgldem porowatoci (rodzaju porowatoci, kształtu, wielkoci i sposobu rozmieszczenia porów, np. wzgldem ziaren). 2. Na podstawie fotografii zgładów opisa mikrostruktur badanych ceramicznych i cermetowych materiałów narzdziowych (m.in. wyróni, ewentualnie zidentyfikowa wystpujce fazy, obecno jednej lub wicej faz, okreli wzajemne rozmieszczenie poszczególnych faz i porów wzgldem siebie, stan granic ziarn). Na podstawie mikrostruktury przeprowadzi prób okrelenia rodzaju materiału. 3. Opierajc si na fotografiach zgładów materiałów po wytrawieniu (o znanym powikszeniu), dokona ilociowego opisu mikrostruktury. Dla kadej z fotografii wchodzcej w skład otrzymanego zestawu, a przedstawiajcej mikrostruktur wybranych ceramicznych i cermetowych materiałów narzdziowych, dokona oceny ziarnistoci. W tym celu naley okreli wielko ziarna redniego oraz znalezionych ziarn najmniejszych i najwikszych. Naley postpowa według nastpujcego schematu: a) Poda zakres wielkoci ziarn, posługujc si metod Ryshkewitscha pomiaru rzeczywistej rednicy pojedynczego ziarna: 7

8 rzeczywistej rednicy pojedynczego ziarna: 4 D = d = 1, 275 d. π Jeli w mikrostrukturze analizowanego materiale wystpuje wicej ni jedna faza, to naley poda zakres wielkoci w obrbie poszczególnych faz. b) Okreli powtarzajcy si kształt ziarn. c) Okreli wielko ziarna redniego, posługujc si nastpujcymi metodami: metoda Snyder Graffa metoda powierzchniowa Brucha, metoda Jeffriesa (metoda zliczania ziaren). Pomiar wielkoci ziarna redniego metod Snyder Graffa. Przez płaszczyzn zgładu prowadzi si przypadkowo zorientowan prost (sieczn), która na długoci pomiarowej L przecina n ziaren analizowanej fazy. Ocena wielkoci ziarna polega na zliczeniu ziarn przecitych przez sieczn z tym, e dwa ziarna kra cowe nie przecite przez dany odcinek na całej długoci liczy si jako jedno ziarno. Taki sposób postpowania powtarzamy kilka lub kilkanacie razy (przynajmniej 5). Wyniki pomiarów zliczenia ziaren przecitych przez sieczne przedstawi w tabeli. Numer siecznej Długo odcinka pomiarowego Ilo przeci ziaren Iloraz łcznej rzeczywistej długoci siecznych L (uwzgldniajc powikszenie mikroskopu) przez ogóln liczb przecitych ziaren n daje redni wielko ziarna - zgodnie ze wzorem: L D = [ µ m]. n Pomiar redniej liczby ziaren na jednostk powierzchni metod Jeffriesa. Na fotografi przedstawiajc obraz mikrostruktury analizowanego materiału naley przyłoy kwadrat pomiarowy o znanej powierzchni A w mm 2 (po uwzgldnieniu powikszenia obrazu) a nastpnie okreli liczb ziaren lecych całkowicie wewntrz kwadratu N W oraz liczb ziaren przecitych przez brzegi kwadratu N b bez czterech ziarn naronych. Całkowita liczba ziaren N T na powierzchni kwadratu pomiarowego równa si: N T = N w + 0,5 N b + 1. redni liczb ziaren na jednostk powierzchni N A naley wyliczy korzystajc ze wzoru: NT 2 N = mm [ ] A. A Pomiaru naley dokona w kilku (przynajmniej 3) polach równomiernie rozłoonych na powierzchni zgładu. Wyniki pomiarów naley przedstawi w tabeli. Nr pomiaru Powikszenie A [mm 2 ] N W N b N T N A [mm -2 ] Pomiar redniej rednicy ziarna płaskiego metod powierzchniow Brucha. Na fotografi przedstawiajc obraz mikrostruktury analizowanego materiału µ 2 8

9 naley przyłoy kwadrat pomiarowy o znanej powierzchni A w µm 2 (po uwzgldnieniu powikszenia obrazu) a nastpnie okreli całkowit liczb ziaren i na powierzchni kwadratu pomiarowego (sposób postpowania przy zliczaniu ziaren w kwadracie pomiarowym taki sam jak w metodzie Jeffriesa). Wyliczy redni wielko ziarna zgodnie ze wzorem: A d = 1, 06 [ µ m]. i Wykona kilka pomiarów (przynajmniej 3) w rónych miejscach przygotowanej fotografii zgładu. Wyniki pomiarów naley przedstawi w tabeli. Nr pomiaru Powikszenie A [µm 2 ] i d Wytyczne do opracowania sprawozdania Sprawozdanie powinno zawiera: 1. opis techniki przygotowania zgładów do bada mikrostrukturalnych, 2. numer zestawu fotografii przedstawiajcych mikrostruktury wybranych ceramicznych i cermetowych materiałów narzdziowych, 3. dla kadej fotografii mikrostruktury analizowanego materiału ocen jednorodnoci, opis struktury (według wskazówek zamieszczonym w punkcie 2 czci Przebieg wiczenia ), rodzaj materiału, ocen ziarnistoci materiału (zgodnie ze schematem postpowania zamieszczonym w punkcie 3 czci Przebieg wiczenia ), powtarzajcy si kształt ziaren. 3. zbiorcze zestawienie wyników pomiaru ziarnistoci wybranych ceramicznych i cermetowych materiałów narzdziowych naley przedstawi w tabeli. Nr fotografii Zakres wielkoci ziaren d N A [mm -2 ] D Kształt ziaren Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: Ceramika narzdziowa, Tworzywa ceramiczne i kompozyty T. Gibas: Korund i jego zastosowanie w technice R. Pampuch: Budowa i właciwoci materiałów ceramicznych J. Ry: Stereologia materiałów 9

10 LABORATORIUM Ceramika Narzdziowa wiczenie 4 POMIAR TWARDOCI I ODPORNOCI NA KRUCHE PKANIE WYBRANYCH CERAMICZNYCH MATERIAŁ ÓW NARZDZIOWYCH PRZEZNACZONYCH NA OSTRZA SKRAWAJCE Cel wiczenia Zapoznanie si z technik pomiaru twardoci i odpornoci na kruche pkanie ceramicznych materiałów. Wyznaczenie twardoci Vickersa wybranych ceramicznych materiałów narzdziowych. Wyznaczenie dla wybranych ceramicznych materiałów narzdziowych odpornoci na kruche pkanie (K IC ) metod bezporedniego pomiaru długoci spka wywołanych wciskaniem wgłbnika Vickersa. Porównanie twardoci i odpornoci na kruche pkanie ceramicznych materiałów narzdziowych. Przeanalizowanie zwizków midzy twardoci a budow materiału oraz innymi właciwociami mechanicznymi (np. granica plastycznoci, odporno na kruche pkanie). Zakres wymaganych wiadomoci Materiały i urzdzenia Metodyka bada właciwoci mechanicznych ceramicznych materiałów narzdziowych. Ceramiczne materiały narzdziowe ogólna charakterystyka, właciwoci. Materiały narzdziowe na osnowie fazy wicej ogólna charakterystyka, właciwoci. Przygotowanie próbek do bada twardoci i K IC. Zgłady wybranych ceramicznych materiałów narzdziowych. Fotografie przedstawiajce odciski Vickersa i Knoopa. Tablica: Twardo, odporno na kruche pkanie i inne właciwoci mechaniczne wybranych materiałów. Tablice twardoci Vickersa i Knoopa - S. Błaewski, J. Mikoszewski: Pomiary twardoci metali. Mikrotwardociomierz cyfrowy FM 700e. Mikrotwardociomierz umoliwia wykonanie pomiarów twardoci badanych materiałów metod Vickersa i Knoopa. Dla metody Vickersa zakres obcie wgłbnika wynosi: 0, ,2452; 0,4903; 0,9807; 1,961; 2,942; 4,903; 9,807 N, czyli odpowiednio: 0,010; 0,025; 0,050; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 1 kg. Wygld i budow mikrotwardociomierza cyfrowego FM 700e przedstawia rysunek 1. 10

11 Rys. 1 Mikrotwardociomierz cyfrowy FM 700e Główny ekran operacyjny panelu ciekłokrystalicznego LDC przedstawia rysunek 2. Opis: 1 aktualny tryb działania, 2 zmiana strony ekranu operacyjnego, 3 wywietlanie długoci przektnych: D 1, D 2, 4 aktualnie ustawione obcienie (wywietlana warto automatycznie zmieni si po wybraniu innego obcienia przez obrót pokrtła regulacji obcienia (14)), 5 czas działania obcienia, 6 aktualna metoda pomiaru (przez nacinicie tego okienka mona wybra metod: HV, HK), 7 warto twardoci, 9 jednostka konwersji twardoci, 10 przeliczona warto twardoci, 11

12 11 liczba wyników pomiaru w pamici urzdzenia / maksymalna liczba wyników, jaka moe by wprowadzona do pamici, 12 uruchomieni procesu pomiaru, 13 zerowanie linii pomiarowych, 14 kasowanie pamici, 15 ustawienie jasnoci pola, 16 obrót głowicy. Rys. 2 Ekran operacyjny panelu ciekłokrystalicznego LDC Przebieg wiczenia I. Okreli warunki przygotowania próbki do pomiaru twardoci metod Vickersa (lub Knoopa) i odpornoci na kruche pkanie (K IC ). II. Na podstawie fotografii nr 1 wyznaczy twardo metod Vickersa i Knoopa. 1. Warto twardoci Vickersa obliczamy korzystajc z podanego poniej wzoru lub odczytujemy bezporednio z tablic twardoci Vickersa zamieszczonych w ksice S. Błaewski, J. Mikoszewski: Pomiary twardoci metali (tablice VI XIII, str ). P d HV = 0,1891, 1 + d d = 2 2 d 2 W tym celu naley dokona pomiaru długoci przektnych odcisku (dwie wartoci dla kadego pomiaru). Wyniki pomiarów i oblicze twardoci Vickersa zestawi w tabeli. Nr pomiaru Powikszenie d 1 d 2 d P [N] HV [GPa] 2. Warto twardoci Knoopa obliczamy korzystajc z podanego poniej wzoru: P HK = 14,228 2 l 12

13 Wyniki pomiarów i oblicze twardoci Knoopa zestawi w tabeli. Nr pomiaru Powikszenie l [mm] P [kg] HK [kg/mm 2 ] W tablicy XIV zamieszczonej w ksice S. Błaewski, J. Mikoszewski: Pomiary twardoci metali podano wartoci twardoci Knoopa dla obcienia 1 kg w zalenoci od długoci wikszej przektnej odcisku. Tabele t mona stosowa dla obcie rónych od 1 kg, w tym celu wartoci twardoci z tablicy odczytane dla zmierzonej przektnej odcisku naley pomnoy przez obcienie wyraone w kg. 3. Dokona porównania otrzymanych wyników twardoci Vickersa i Knoopa. III. Na podstawie fotografii nr 2 i 3 wyznaczy twardo metod Vickersa i odporno na kruche pkanie (K IC ) metod bezporedniego pomiaru długoci spka wywołanych wciskaniem wgłbnika Vickersa. 1. Warto K IC obliczy wg podanego wzoru: = ( π ) β [ ] l 1 gdzie: 1 d b = ( + l ), 2 2 l1 + l2 + l3 + l4 l =, 4 β = 68. d 1 (lub d 2 ) Dokona pomiaru długoci przektnych odcisku (dwie wartoci dla kadego pomiaru) i długoci spka (cztery wartoci dla kadego pomiaru). Obliczy warto b. Wyniki pomiarów i oblicze twardoci Vickersa i odpornoci na kruche pkanie (K IC ) zestawi w tabeli. Nr pomiaru Powikszenie d 1 d 2 d P [N] HV [GPa] l b K IC [MPa m 0,5 ] 2. Obliczy współczynnik kruchoci I b z podanego wzoru : HV 0,5 I b = [ µ m ]. K IC 3. Okreli progow sił nacisku wgłbnika P*, po przekroczeniu której nastpuje pkanie. P 4 K IC = 1,6 10 K IC HV 3 [ N ]. 13

14 Wszystkie otrzymane wyniki pomiarów i oblicze zestawi w tabeli. Nr pomiaru Powikszenie P [N] HV [GPa] K IC [MPa m 0,5 ] I b [µm -0,5 ] P* [N] IV. Dla wybranych materiałów ceramicznych dokona pomiaru twardoci metod Vickersa i odpornoci na kruche pkanie (K IC ) metod bezporedniego pomiaru długoci spka wywołanych wciskaniem wgłbnika Vickersa. Wykona po jednym pomiarze dla kadego materiału. Pomiar twardoci mikrotwardociomierzem cyfrowym. Ustawienie warunków pomiaru: 1. wybór obcienia. Obróci pokrtło regulacji obcienia (14) w połoenie, odpowiadajce danej wielkoci obcienia. 2. ustawienie czasu działania obcienia na panelu ciekłokrystalicznym LDC. Według normy przyjmuje si czas sekund. Wykonanie pomiaru twardoci Vickersa: 1. Umieci próbk na stoliku X-Y (18). Próbk naley precyzyjnie umieci w uchwycie imadłowym, tak aby była nieruchoma podczas pomiaru. 2. Obraca powoli pokrtłem podnoszenia stolika do momentu uzyskania ostrego obrazu próbki (obiektyw x10). Dla ustawienia ostroci przybliy powierzchni próbki do obiektywu x50, nastpnie patrzc przez okular (4) mikroskopu pomiarowego (2) obnia połoenie próbki a bdzie widoczny ostry obraz. UWAGA! Podczas podnoszenia stolika naley uwaa, aby próbka nie uderzyła w obiektyw, co mogłoby spowodowa uszkodzenie obiektywu. 3. Wybra punkt na powierzchni próbki, w którym bdzie wykonany pomiar. 4. Obróci rka głowic (6) tak, aby wgłbnik był w rodkowym połoeniu. 5. Uruchomi wykonanie odcisku naciskajc przełcznik START ekranu operacyjnego panelu ciekłokrystalicznego (12). Diamentowy wgłbnik bdzie automatycznie opuszczony w dół i wciskany w próbk z zadanym obcieniem w zadanym czasie, zgodnie z ustawieniami warunków pomiaru. Nastpnie wgłbnik zostanie odciony i wróci do pozycji wyjciowej. Podczas tej operacji przełcznik START bdzie miga. 6. Rcznie obróci głowic (6) do połoenia obiektyw x50 (7) i spojrze przez okular (4). W centralnym punkcie pola widzenia widoczny bdzie odcisk na powierzchni próbki. Przed rozpoczciem pomiaru odcisku moe zaistnie potrzeba wyzerowania ustawienia linii pomiarowych. 14

15 Obracajc czytnikiem obrotowym (5) mikroskopu pomiarowego (2), zbliy obie linie do siebie a do zetknicia si ich wewntrznych krawdzi. Jeli w okienku ekranu (3) wywietlana jest warto: D 1 0,0 µm D 2 0,0 µm to nie ma potrzeby zerowania ustawienia linii pomiarowych. W przeciwnym przypadku nacisn przycisk SET (13) celem wyzerowania ustawienia linii pomiarowych. 7. Dokona pomiaru długoci przektnych odcisku w sposób nastpujcy: a) Pomiar wymiaru D 1. Obróci lewe pokrtło (3) mikroskopu pomiarowego (2) tak, aby wewntrzna krawd lewej linii pomiarowej dotykała lewej krawdzi odcisku. Obróci czytnik obrotowy (5) tak, aby wewntrzna krawd prawej linii pomiarowej dotykała prawej krawdzi odcisku. 15

16 Nacisn przycisk odczytu READ, po czym w okienku D 1 (3) na ekranie pojawi si wymiar przektnej D 1 z dokładnoci do 0,1 µm. b) Pomiar wymiaru D 2. Obróci mikroskop pomiarowy (2) o 90 stopni celem zmierzenia wymiaru D 2. Zastosowa t sam procedur pomiarow co w podpunkcie a) (wewntrzna krawd dolnej linii pomiarowej dotknła dolnej krawdzi odcisku a wewntrzna krawd górnej linii pomiarowej dotykała górnej krawdzi odcisku). Nacisn przycisk odczytu READ, po czym w okienku D 2 (3) na ekranie pojawi si wymiar przektnej D 2 z dokładnoci do 0,1 µm. Procesor urzdzenia oblicza warto redni wymiarów D 1 i D 2, a nastpnie oblicza warto twardoci Vickersa i pokazuje j automatycznie na ekranie. Wyniki pomiarów i oblicze twardoci Vickersa i odpornoci na kruche pkanie (K IC ) dla wybranych materiałów zestawi w tabeli. Dodatkowo dla tych materiałów obliczy współczynnik kruchoci I b oraz progow sił nacisku wgłbnika P*. Nr pomiaru d 1 d 2 d P [N] HV [GPa] b K IC [MPa m 0,5 ] I b [µm -0,5 ] P* [N] Wytyczne do opracowania sprawozdania Sprawozdanie powinno zawiera: 1. tabelaryczne zestawienia wszystkich wyników pomiarów i oblicze badanych wielkoci (wykonanych w punktach II, II i IV czci Przebieg wiczenia ). Dodatkowo naley poda przykładowe obliczenia poszczególnych wielkoci i przeliczenie jednostek. 2. wnioski wynikajce z analizy otrzymanych wyników. Literatura: Polska norma PN-91/H Pomiar twardoci sposobem Vickersa od HV 0,2 do HV 100 Notatki z wykładów z przedmiotów: Ceramika narzdziowa, Tworzywa ceramiczne i kompozyty S. Błaewski, J. Mikoszewski: Pomiary twardoci metali T. Gibas: Korund i jego zastosowanie w technice K. Oczo: Kształtowanie ceramicznych materiałów technicznych R. Pampuch: Materiały ceramiczne M. Wysiecki: Nowoczesne materiały narzdziowe 16

17 LABORATORIUM Ceramika Narzdziowa wiczenie 5 CHARAKTERYSTYKA ZIAREN CIERNYCH WYBRANYCH CERAMICZNYCH MATERIAŁ ÓW CIERNYCH Cel wiczenia Zapoznanie si z podstawowymi rodzajami materiałów ciernych pochodzenia naturalnego i sztucznego. Przedstawienie charakterystyki ziaren ciernych typowych ceramicznych materiałów ciernych (twardych i supertwardych) przeznaczonych do wyrobu narzdzi ciernych, jak i do obróbki lunym cierniwem. Zapoznanie si z klasyfikacj wymiarow ziarna ciernego do narzdzi ciernych spojonych i nasypowych. Przedstawienie moliwoci zastosowania badanych materiałów ciernych. Zakres wymaganych wiadomoci Materiały i urzdzenia Przebieg wiczenia Materiały cierne: naturalne, sztuczne ogólna charakterystyka. Wielko, kształt ziaren ciernych metodyka bada. Mikroskop stereoskopowy (okular pomiarowy z podziałk). Tabela klasyfikacja wymiarowa ziaren ciernych. Rysunek klasyfikacja kształtowa ziaren ciernych. Preparaty mikroskopowe ziaren rónych materiałów ciernych. Rodzaje materiałów ciernych udostpnionych do zaj laboratoryjnych: Diament syntetyczny (C d ) Borazon (CBN) B 4 C SiC zielony SiC czarny Elektrokorund zwykły Elektrokorund szlachetny Kwarc Krzemie Szmergiel 1. Dokona wyboru kilkunastu preparatów mikroskopowych ziaren ciernych (co najmniej 10) rónych pod wzgldem rodzaju materiału ciernego oraz wielkoci ziaren ciernych. Przy czym w wybranym do obserwacji zestawie preparatów mikroskopowych musz znale si: diament syntetyczny, wglik krzemu zielony, wglik krzemu czarny i elektrokorund szlachetny. 2. Dobra odpowiednie powikszenie mikroskopu. Obiektyw Powikszenie całkowite 1 działka µm µm 3. Przeprowadzi pod mikroskopem pod odpowiednim powikszeniem obserwacj ziaren ciernych. 4. Dla kadego preparatu mikroskopowego ziaren ciernych: a) opisa zabarwienie i stopie przeroczystoci materiału ciernego, b) oceni ostro krawdzi i naroy pod ktem przydatnoci badanego materiału ciernego do zastosowania do okrelonego rodzaju obróbki wyka czajcej, 17

18 Wytyczne do opracowania sprawozdania ciernego do zastosowania do okrelonego rodzaju obróbki wyka czajcej, c) dokona pomiaru wielkoci ziaren ciernych (w tym celu naley przeprowadzi co najmniej 10 pomiarów wymiaru charakterystycznego ziarna a), okreli zakres wielkoci ziaren ciernych, d) okreli przybliony procentowy skład ziarnowy preparatu, e) zaszeregowa do odpowiedniego numeru wg klasyfikacji wymiarowej ziaren ciernych wg PN - 76/M-59107, f) na podstawie kryteriów klasyfikacji kształtowej okreli kształt ziaren ciernych (w przypadku wystpowania wicej ni jednego kształtu okreli w przyblieniu % udziału kadego kształtu ziaren w preparacie), g) zgodnie z ilociow metod oceny kształtu ziarna ciernego poda n li i= ai współczynnik kształtu ziarna, okrelony zalenoci: k = 1 ( i). n 5. Dla kadego badanego rodzaju materiału ciernego okreli moliwoci jego zastosowania do obróbki wyka czajcej. Sprawozdanie powinno zawiera: 1. nazwy wybranych przez studenta materiałów ciernych (zgodnie z wytycznymi zawartymi w punkcie 1 czci Przebieg wiczenia ) oraz numery, jeli zostały podane razem z nazwami, 2. dla kadego wybranego materiału ciernego pełn charakterystyk ziaren ciernych (zgodnie z podpunktami a) g) zawartymi w punkcie 4 czci Przebieg wiczenia ), 3. zakres zastosowania badanych materiałów ciernych. Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: Ceramika narzdziowa E. Jankowski, S. Skupi ski: Materiały i wyroby cierne K. Woniak: Materiały cierne wytwarzanie i własnoci 18

19 LABORATORIUM Ceramika Narzdziowa wiczenie 6 NARZDZIA CIERNE: SPOJONE I NASYPOWE Cel wiczenia Zapoznanie si z podstawowymi rodzajami narzdzi ciernych: a) spojonych spoiwami ceramicznymi, ywicznymi, gumowymi i metalowymi, b) nasypowych. Zapoznanie si z budow typowych narzdzi ciernych spojonych i nasypowych. Zapoznanie si z systemem oznacze narzdzi ciernych. Przedstawienie moliwoci zastosowania badanych narzdzi ciernych. Zakres wymaganych wiadomoci Materiały i urzdzenia Przebieg wiczenia Narzdzia cierne: spojone, nasypowe, pasty cierne ogólna charakterystyka. Rodzaje spoiw stosowanych do wytwarzania narzdzi ciernych spojonych i nasypowych. Rola spoiwa w narzdziu ciernym. Materiały cierne: naturalne, sztuczne ogólna charakterystyka. Charakterystyka narzdzi ciernych: twardo narzdzia, struktura narzdzia, wielko ziarna ciernego, rodzaj i gatunek materiału ciernego. Procesy wytwarzania narzdzi ciernych spojonych i nasypowych. ciernice konwencjonalne, ciernice supertwarde ogólna charakterystyka, zastosowanie. Mikroskop stereoskopowy. Rodzaje narzdzi ciernych udostpnionych do zaj laboratoryjnych: papiery cierne, płótna cierne, osełki, ciernice supertwarde: diamentowe, borazonowe, ciernice konwencjonalne: płaskie zbrojone do przecinania, płaskie do szlifowania, garnkowe proste, garnkowe stokowe, lamelkowe, Materiały do testowania własnoci ciernych narzdzi ciernych spojonych. Tabela oznaczenia typów narzdzi ciernych spojonych: ciernic konwencjonalnych, segmentów ciernych i osełek ciernych. 1. Sporód udostpnionych na zajciach narzdzi ciernych dokona wyboru kilkunastu narzdzi ciernych (co najmniej 5 nasypowych i 5 spojonych). 2. Przeprowadzi wizualn obserwacj okiem nieuzbrojonym a nastpnie pod mikroskopem narzdzi ciernych nasypowych z punktu widzenia: a) rodzaju materiału ciernego, b) rodzaju podłoa, c) rodzaju spoiwa, d) wielkoci ziaren ciernych. 2. Przeprowadzi wizualn obserwacj narzdzi ciernych spojonych z punktu widzenia: a) rodzaju materiału ciernego, b) rodzaju i objtoci spoiwa, c) wielkoci ziaren ciernych, 19

20 d) porowatoci. 3. Przeprowadzi test własnoci ciernych otrzymanych narzdzi ciernych spojonych z punktu widzenia łatwoci zarysowania płytek: a) stalowych, b) miedzianych, c) spieku ceramicznego, d) szkła, e) wglika spiekanego. 4. Oceni przydatno badanego narzdzia ciernego do obróbki testowanych materiałów. Wytyczne do opracowania sprawozdania Sprawozdanie powinno zawiera: 1. charakterystyk narzdzi ciernych nasypowych uwzgldniajc opis rodzaju materiału ciernego, rodzaju podłoa, rodzaju spoiwa oraz wielkoci ziaren ciernych, 2. charakterystyk narzdzi ciernych spojonych uwzgldniajc opis rodzaju materiału ciernego, rodzaju i objtoci spoiwa, wielkoci ziaren ciernych oraz porowatoci, dodatkowo naley poda oznaczenie narzdzia, 3. wnioski wynikajce z przeprowadzonego testu własnoci ciernych wybranych narzdzi ciernych spojonych, 4. zakres zastosowania badanych narzdzi ciernych. Literatura: Notatki z wykładów z przedmiotów: Ceramika narzdziowa E. Jankowski, S. Skupi ski: Materiały i wyroby cierne K. Woniak: Materiały cierne wytwarzanie i własnoci 20